Metais alcalinos: propriedades físicas e químicas, usos, obtenção

Metais alcalinos: propriedades físicas e químicas, usos, obtenção

Os metais alcalinos são os elementos que fazem parte do grupo I da tabela periódica, exceto hidrogênio: lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio (Rb), césio (Cs) e francium (Fr) . Ao contrário da maioria dos metais, eles têm baixa densidade e são altamente reativos. Devido a essa grande reatividade química, eles nunca são encontrados na natureza em sua forma elementar.

Esses metais formam compostos iônicos simples e estáveis ​​que, na maioria das vezes, são solúveis em água; metais alcalinos são frequentemente combinados com íons halogeneto, sulfato, carbonato e silicato. No entanto, alguns elementos formam um número limitado de compostos complexos e organometálicos.

Em geral, as propriedades físicas e químicas dos metais alcalinos têm sido bem estudadas, com exceção do francium devido à sua natureza radioativa.

Propriedades físicas

– Os metais alcalinos são prata, exceto o césio, que é ouro. Eles conduzem eletricidade e calor e têm baixos pontos de fusão que, além disso, diminuem com o aumento do número atômico, porque a ligação entre os átomos se enfraquece com o aumento do raio atômico.

– O fato de ter apenas um elétron de valência por átomo também torna sua ligação metálica fraca. Consequentemente, os metais alcalinos também são macios o suficiente para serem cortados com uma faca ou espátula.

– Todos os elementos adotam uma estrutura cúbica centrada no corpo. Como esse tipo de estrutura cristalina é descompactada e os raios atômicos dos metais alcalinos são grandes, eles têm baixas densidades em comparação com outros metais. De fato, lítio, sódio e potássio flutuam na água.

– As diferenças de energia entre os orbitais da camada de valência dos metais alcalinos coincidem com os comprimentos de onda da luz visível. Devido a isso, ao aquecer os compostos formados por esses metais em uma chama, cores características são geradas.

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– Em ordem decrescente, os sais de lítio dão uma cor carmesim, os sais de sódio uma cor amarela, o potássio uma cor violeta, o rubídio uma cor vermelho azulado e o césio uma cor azul.

Propriedades quimicas

Todos os metais alcalinos têm semelhanças em suas propriedades químicas.

– Eles têm uma configuração eletrônica da valência ns1, que resulta em um estado de oxidação +1. Isso, por sua vez, significa que eles perdem facilmente um elétron para alcançar a configuração de gás nobre.

– Em geral, os metais alcalinos têm as menores energias de ionização de todos os elementos, que também diminuem à medida que o raio atômico dentro do grupo aumenta porque a camada de valência está cada vez mais distante do núcleo. Isso explica a reatividade dos metais alcalinos e a formação de íons M + em condições aquosas com facilidade.

– A tendência termodinâmica para formar íons M + é confirmada pelos potenciais padrão dos pares M + / M, que são grandes e negativos. Tal tendência implica que os metais alcalinos são facilmente oxidados e podem atuar como agentes redutores potentes.

– Esses elementos devem ser armazenados em um óleo não reativo para evitar reações com oxigênio atmosférico. Embora o lítio, o sódio e o potássio possam ser manipulados no ar por curtos períodos, o rubídio e o césio devem ser manipulados sob uma atmosfera inerte o tempo todo.

Obtenção de metais alcalinos

Sódio

A melhor maneira de obter sódio metálico envolve a eletrólise do cloreto de sódio fundido. Como o ponto de fusão do cloreto de sódio é bastante alto (808 ° C) e é necessária muita energia para manter grandes quantidades da substância fundida, o cloreto de cálcio (CaCl2) é frequentemente adicionado para diminuir o ponto de fusão para cerca de 600 ° C.

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O sódio é obtido no estado líquido no cátodo com uma pureza de 99,95% sob uma atmosfera inerte.

Lítio e potássio

O lítio também pode ser obtido a partir de seus cloretos fundidos por eletrólise, mas esse não é o caso do potássio, pois é muito solúvel em cloreto (KCl) e não flutua na superfície da célula. Além disso, evapora-se facilmente à temperatura operacional, criando condições perigosas.

Portanto, o potássio é obtido pela redução do KCl fundido com sódio líquido. O sódio presente no potássio é removido por condensação do vapor a 892 ° C e pela destilação fracionada dos metais líquidos.

Rubídio e césio

O rubídio e o césio podem ser obtidos de maneira semelhante, mas usando o cálcio como agente redutor. O metal de césio também pode ser obtido por eletrólise do cianeto de césio fundido (CsCN).

Principais usos e aplicações

Sódio como agente redutor

Como o sódio é facilmente oxidado, sua aplicação mais importante é como agente redutor para obter metais como titânio, zircônio e háfnio. Também é usado como um trocador de calor em reatores nucleares em seu estado líquido.

Potássio como fertilizante

A maior parte do potássio processado vai para fertilizantes na forma de cloreto de potássio. Por sua vez, o cloreto é utilizado na produção de outros compostos e soluções, como o hidróxido de potássio, utilizado na fabricação de sabonetes líquidos.

O cianeto de potássio é usado para a extração ou revestimento de metais para facilitar a deposição de cobre, prata e ouro. O potássio também pode ser encontrado em alguns explosivos e como corante de fogos de artifício.

Lítio como agente de liga

O metal lítio é usado como agente de liga na produção de ligas aeronáuticas e aeroespaciais de alumínio e magnésio. Mas, com o tempo, descobriu uma utilidade crescente como ânodo para baterias alcalinas.

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O lítio metálico também permite reduzir as temperaturas de fusão e sinterização de certos tipos de vidro e cerâmica, além de reduzir seu coeficiente de expansão. O carbonato de lítio é amplamente utilizado para tratar condições bipolares, enquanto o estearato de lítio é um lubrificante amplamente utilizado na indústria automotiva.

Rubídio e césio

Rubídio e césio são frequentemente usados ​​nas mesmas aplicações, portanto um desses elementos pode ser substituído pelo outro. As aplicações incluem vidro para fibra ótica na indústria de telecomunicações, equipamentos de visão noturna e células fotoelétricas. O relógio de césio (relógio atômico) é usado para medir o tempo padrão internacional e para a definição do segundo.

Referências

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  5. Petrucci, RH, Herring, FG, Bissonnette, C., & Madura, JD (2017). Química Geral: Princípios e Aplicações Modernas (11 ª ed.). Nova York: Pearson.
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